PL220171B1

PL220171B1 - Power switching device for boilers

Info

Publication number: PL220171B1
Application number: PL406771A
Authority: PL
Inventors: Daniel Lako
Original assignee: Daniel Lako
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2015-09-30
Also published as: HRP20160338T1; EP2766670B1; KR20140108680A; ES2569046T3; JP5833775B2; IL233708A0; EP2766670A2; EA026301B1; UA111909C2; JP2015510098A; CN104302985A; PL406771A1; EA201590352A1; SK262012A3; KR101571052B1

Abstract

Power switching equipment for boilers used within regulated water heating using direct current from photovoltaic panels consists of two contactors (ST1, ST2), a thermal fuse (TP), thermostat (T), heating elements (R), two signal devices (S1, S2) and wiring terminals (X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7). The equipment uses both direct (DC) as well as alternating (AC) current. The positive pole of the direct current power source (DC) is directed to the main terminals of both contactors (ST1, ST2). Contactor coils are used to switch the direct current (DC) between contactors (ST1, ST2); these coils are powered by alternating current (AC) which passes through the thermostat (T) and the thermal fuse (TP) before reaching the coils.

Description

Przedmiotowe rozwiązanie techniczne dotyczy regulowanego ogrzewania wody z wykorzystaniem prądu stałego DC z paneli fotowoltaicznych z możliwością wykorzystywania elektryczności generowanej przez te panele fotowoltaiczne po podgrzaniu wody z wykorzystaniem zasilania prądem stałym DC (ang. direct current).The technical solution in question concerns regulated DC water heating from photovoltaic panels with the possibility of using the electricity generated by these photovoltaic panels after heating the water using a direct current (DC) power supply.

Stan technikiState of the art

Regulacja ogrzewania wody z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych wytwarzających zasilanie prądem stałym z bezpośrednim połączeniem z elementem grzewczym jest rozwiązane przez wzór użytkowy nr 5788, zarejestrowany w Urzędzie Własności Przemysłowej Republiki Słowackiej pod tytułem „Equipment for regulated water heating using photovoltaic panels”, którego właścicielem jest ta sama osoba, tj. Ing. Daniel Lako, Puchov, Republika Słowacka, jako zgłaszający aktualnego wzoru użytkowego. Ten wzór użytkowy szczegółowo wyjaśnia regulację ogrzewania wody z wykorzystaniem zasilania prądem stałym wytwarzanym przez panele fotowoltaiczne. Po ogrzaniu wody w kotle, źródło zasilania zostaje bezpiecznie odłączone, zaś panele fotowoltaiczne przerywają wytwarzanie elektryczności; jednakże to rozwiązanie nie zapewnia maksymalnego wykorzystania możliwości wytwarzania zasilania przez panele fotowoltaiczne.Regulation of water heating using photovoltaic panels producing DC power with direct connection to the heating element is solved by the utility model No. 5788, registered in the Industrial Property Office of the Slovak Republic under the title "Equipment for regulated water heating using photovoltaic panels", owned by the same a person, ie Ing. Daniel Lako, Puchov, Slovak Republic, as the applicant for the current utility model. This utility model explains in detail the control of water heating using the DC power provided by the solar panels. After the water in the boiler is heated, the power source is safely disconnected and the photovoltaic panels stop generating electricity; however, this solution does not ensure the maximum use of the power generation capacity of the photovoltaic panels.

Cechy wynalazkuFeatures of the invention

Nowy zakres możliwości wykorzystania zasilania prądem stałym wytwarzanym przez panele fotowoltaiczne po podgrzaniu wody w kotle jest zapewniony przez nowe urządzenie przełączające zasilanie DC. Rozwiązanie to opiera się na zastosowaniu dwóch styczników ST1 i ST2 oraz ich wzajemnego połączenia. Skrzynka zaciskowa zawiera: a) zacisk dodatni DC, połączony z wejściowymi stykami normalnie otwartymi stycznika ST1, przy stykach wyjściowych połączonych z elementem grzewczym; b) zacisk ujemny DC, który jest także połączony z elementem grzewczym; c) zacisk uziemienia ochronnego, który jest połączony z termostatem; d) zacisk linii prądu przemiennego AC (ang. alternating current), który jest połączony z normalnie zamkniętymi stykami przełącznika termicznego, a następnie szeregowo z normalnie zamkniętymi stykami termostatu i cewką stycznika ST1; e) zacisk neutralny AC, który łączy styki normalnie zamknięte bezpiecznika termicznego szeregowo z cewką stycznika ST2; urządzenia sygnałowe są połączone z wyjściem bezpiecznika termicznego i wyjściem termostatu, jak też do elementu grzewczego. Linia dodatnia DC z wejściowych styków normalnie otwartych stycznika ST1 jest także połączona z wejściowymi stykami normalnie otwartymi stycznika ST2, które prowadzą od styków wyjściowych stycznika ST2 do skrzynki zaciskowej. Linia AC łączy normalnie zamknięte styki stycznika ST1, które są połączone przez wyjściowe styki normalnie zamknięte stycznika ST1, ze stykami cewki stycznika ST2. Skrzynka zaciskowa zawiera także styk neutralny AC, który jest połączony ze stykami wyjściowymi cewki stycznika ST2.A new range of possibilities for using the DC power supply produced by solar panels after heating the water in the boiler is provided by the new DC power switching device. This solution is based on the use of two contactors ST1 and ST2 and their interconnection. The terminal box comprises: a) a positive DC terminal connected to the input normally open contacts of the contactor ST1, with the output contacts connected to the heating element; b) a DC negative terminal which is also connected to the heating element; c) a protective ground terminal that is connected to the thermostat; d) an AC (alternating current) line terminal, which is connected to the normally closed contacts of the thermal switch and then in series with the normally closed contacts of the thermostat and the contactor coil ST1; e) an AC neutral terminal that connects the normally closed contacts of the thermal fuse in series with the contactor coil ST2; the signal devices are connected to the output of the thermal fuse and the output of the thermostat as well as to the heating element. The positive DC line from the input normally open contacts of the contactor ST1 is also connected to the input normally open contacts of the contactor ST2 which lead from the output contacts of the contactor ST2 to the terminal box. The AC line connects the normally closed contacts of the contactor ST1, which are connected via the output contacts of the normally closed contactor ST1, with the coil contacts of the contactor ST2. The terminal box also includes an AC neutral contact that is connected to the output contacts of the contactor's coil ST2.

Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów stosowane przy regulowanym ogrzewaniu wody za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych rozwiązuje problem bezpiecznego działania całego systemu i umożliwia bezpośrednie połączenie zasilania DC z paneli fotowoltaicznych do elementów grzewczych, jak również wykorzystanie zasilania DC wytwarzanego przez panele fotowoltaiczne po ogrzaniu i wyłączeniu kotła.The power switching device for boilers used for regulated water heating by means of direct current from photovoltaic panels solves the problem of safe operation of the entire system and allows direct connection of DC power from the photovoltaic panels to the heating elements, as well as the use of DC power generated by the solar panels after heating and switching off the boiler .

Podstawą przedmiotowego rozwiązania technicznego jest połączenie mechaniczne zasilania AC i DC dla ogrzewania wody za pomocą zasilania DC z jednoczesnym zapewnieniem elektrycznej regulacji temperatury i bezpieczeństwa urządzeń ogrzewających wodę. Obwód DC przełącza się, co zapewnia bezpieczeństwo sprzętu, przez przełączenie cewki stycznika ST2 dzięki wykorzystaniu normalnie zamkniętych styków stycznik ST1, co umożliwia odłączenie zasilania DC od kotła.The basis of the technical solution in question is the mechanical connection of AC and DC power for water heating by means of DC power supply with simultaneous electric temperature control and safety of water heating devices. The DC circuit switches, which ensures equipment safety, by switching the coil of the ST2 contactor by using the normally closed contacts of the ST1 contactor, which allows the DC supply to be disconnected from the boiler.

Obwody AC i DC są odseparowane galwanicznie i nie są w żaden sposób połączone elektrycznie. Połączenie tych obwodów jest zapewnione przez dwa styczniki, które są certyfikowane do przełączania zasilania DC.AC and DC circuits are galvanically separated and are not connected electrically in any way. The connection of these circuits is provided by two contactors that are certified for switching DC power.

Opis figur rysunkuDescription of the figures of the drawing

Przedmiotowe rozwiązanie techniczne jest zilustrowane w postaci wizualnej; w tym przypadkuThe present technical solution is illustrated visually; In this case

Fig. 1 przedstawia schemat elektryczny urządzenia przełączającego zasilanie dla kotłów, stosowanego przy regulowanym ogrzewaniu wody za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych.Fig. 1 is a schematic diagram of a boiler feed switching device used in DC controlled water heating from photovoltaic panels.

PL 220 171 B1PL 220 171 B1

Korzystne przykłady wykonania wynalazkuPreferred Embodiments of the Invention

Panele fotowoltaiczne, na przykład z mocą wyjściową 250W na panel, są połączone szeregowo i tworzą źródło zasilania DC. Jeżeli wykorzystanych jest 8 paneli, moc zainstalowanego źródła zasilania wynosi nominalnie 2kW. Do połączenia paneli fotowoltaicznych z kotłem, poprzez zaciski X4 i X5, może być wykorzystane okablowanie przeznaczone dla prądu stałego DC. Dodatni zacisk DC L+ jest połączony z elementem grzewczym R poprzez styki 1 i 6 stycznika ST1. Ujemny styk DC L- jest połączony z zacisku X5 do elementu grzewczego R. Parametry elementu grzewczego R muszą być dopasowane do maksymalnej zainstalowanej mocy wyjściowej paneli fotowoltaicznych.Solar panels, for example with an output power of 250W per panel, are connected in series to form a DC power source. If 8 panels are used, the installed power source power is nominally 2kW. DC wiring can be used to connect the PV panels to the boiler via terminals X4 and X5. The positive DC terminal L + is connected to the heating element R via pins 1 and 6 of the contactor ST1. The negative DC contact L- is connected from terminal X5 to the heating element R. The parameters of the heating element R must match the maximum installed output power of the PV panels.

Zasilanie AC jest łączone z kotłem poprzez zaciski X1, X2 i X3, przy linii AC L połączonej ze stykiem Y1 bezpiecznika termicznego TP i dalej z termostatem T oraz ze stykiem A1 cewki stycznika ST1. Przewód neutralny AC jest połączony ze stykiem A2 cewki stycznika ST1 poprzez styk Y2 bezpiecznika termicznego TP.The AC supply is connected to the boiler through the terminals X1, X2 and X3, with the AC line L connected with the contact Y1 of the thermal fuse TP and further with the thermostat T and with the contact A1 of the contactor ST1 coil. The AC neutral conductor is connected to the A2 contact of the ST1 contactor coil through the Y2 contact of the TP thermal fuse.

Jeżeli zasilanie AC jest podłączone, styki stycznika ST1 zwierają się i zasilanie DC jest używane do grzania elementu grzewczego R.If the AC power is connected, the contacts of the ST1 contactor close and the DC power is used to heat the heating element R.

Gdy woda osiąga temperaturę nastawioną na termostacie T, jego styki rozwierają się i odłączają zasilanie AC od cewki stycznika ST1, co następnie rozwiera styki stycznika ST1 i odłącza zasilanie DC od elementu grzewczego R. Natomiast, w tym samym czasie zwiera się styk pomocniczy stycznika ST1, do którego podłączona jest linia AC od zacisku X2 przez zacisk 7; zacisk wyjściowy styku pomocniczego 8 stycznika ST1 jest połączony z zaciskiem cewki A1 stycznika ST2. Przewód neutralny AC z zacisku X3 jest połączony z zaciskiem A2 stycznika ST2.When the water reaches the temperature set on the thermostat T, its contacts open and disconnect the AC supply from the coil of the ST1 contactor, which then opens the contacts of the ST1 contactor and disconnects the DC supply from the heating element R. At the same time, the auxiliary contact of the ST1 contactor closes, to which the AC line is connected from terminal X2 through terminal 7; the output terminal of auxiliary contact 8 of contactor ST1 is connected to the coil terminal A1 of contactor ST2. The AC neutral from terminal X3 is connected to terminal A2 of ST2.

Linia dodatnia DC L+ jest połączona z zacisku 1 stycznika ST1 do zacisku 1 stycznika ST2. Linia dodatnia DC L+ jest połączona z zaciskiem X7 przez zaciski 1 i 6 stycznika ST2. Linia ujemna DC L- jest połączona z zaciskami X5 i X6. Połączenie linii dodatniej DC L+ z zaciskiem X7 umożliwia podłączenie do zacisków X6 i X7 dodatkowych urządzeń zasilanych prądem stałym po osiągnięciu przez kocioł temperatury.The positive DC L + line is connected from terminal 1 of ST1 to terminal 1 of ST2. The positive DC L + line is connected to terminal X7 via terminals 1 and 6 of ST2. The DC L- negative line is connected to terminals X5 and X6. The connection of the positive DC L + line with terminal X7 enables the connection of additional devices supplied with direct current to terminals X6 and X7 after the boiler has reached the temperature.

Bezpiecznik termiczny TP jest umieszczony przed termostatem T dla ochrony przed awarią termostatu T; jeżeli osiągnięta zostaje z góry ustalona temperatura, bezpiecznik termiczny odłącza zasilanie AC od cewki A1 stycznika ST1. Konfiguracja ta zapewnia bezpieczną regulację cyklu grzania wody, gdy element grzewczy R jest podłączony do zasilania DC. Urządzenie sygnalizacyjne S1 zapewnia aktywność sygnału w obwodzie AC, zaś urządzenie sygnalizacyjne S2 zapewnia aktywność sygnału w obwodzie DC. Urządzenia sygnalizacyjne S1 i S2 są prostymi lampami kontrolnymi.The TP thermal fuse is placed upstream of the T thermostat to prevent failure of the T thermostat; if a predetermined temperature is reached, the thermal fuse disconnects the AC supply from the A1 coil of ST1. This configuration ensures safe control of the water heating cycle when the R heating element is connected to the DC power supply. The signaling device S1 ensures the activity of the signal in the AC circuit, and the signaling device S2 ensures the activity of the signal in the DC circuit. The signaling devices S1 and S2 are simple control lamps.

Zastosowanie przemysłoweIndustrial use

Oprócz bezpieczeństwa bezpośredniego ogrzewania wody za pomocą zasilania DC z paneli fotowoltaicznych, urządzenie to także umożliwia pełne wykorzystanie ekologicznie wytwarzanej elektryczności z paneli fotowoltaicznych w przypadku, gdy podłączone są zewnętrzne urządzenia zdolne do bezpiecznego przetwarzania i stabilizacji zasilania DC. Kocioł wyposażony w urządzenie przełączające zasilanie do obsługi elektryczności wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne może także być połączone z dodatkowym kotłem o identycznych specyfikacjach, grzejnika na prąd stały lub przetwornicy DC/AC dla dostarczania zasilania AC do obwodów elektrycznych gospodarstwa domowego i pokrycia części lub całości elektryczności w gospodarstwie domowym, zależnie od chwilowego zapotrzebowania.In addition to the safety of direct water heating using DC power from photovoltaic panels, this device also allows full use of ecologically produced electricity from photovoltaic panels when external devices capable of safely converting and stabilizing the DC power are connected. A boiler equipped with a switching power supply to handle the electricity generated by the PV panels can also be connected to an additional boiler of identical specifications, a direct current heater or a DC / AC converter to provide AC power to household electrical circuits and cover some or all of the farm's electricity home, depending on the current demand.

Urządzenie przełączające zasilanie dla kotłów stosowane przy regulowanym ogrzewaniu wody za pomocą prądu stałego z paneli fotowoltaicznych pomaga wytwarzać ekologiczną ciepłą wodę w wydajny sposób z pełnym wykorzystaniem elektryczności wytwarzanej przez panele fotowoltaiczne.The power switching device for boilers used in the controlled heating of water by means of direct current from photovoltaic panels helps to produce green hot water in an efficient manner using the full electricity produced by the photovoltaic panels.

Claims

Power supply switching device for boilers used for regulated DC water heating from photovoltaic panels consisting of a terminal box with a positive DC terminal (X4) connected to the input terminal (1) of the normally open contacts of the contactor and to the heating element (R) via the sixth terminal the output (6) of the normally open contacts of the contactor, the first DC negative terminal (X5) of the terminal box is connected to the heating element (R), the terminal (X1) of the AC protective ground in the terminal box (X) is connected to the thermostat (T),

The terminal (X2) of the AC line is connected to the thermal fuse (TP) and to the thermostat (T) via the normally closed contacts (Y1) of the thermal fuse (TP) and to the coil terminal (A1) of the contactor via the normally closed contacts of the thermostat (T ), the AC neutral terminal (X) of the terminal box (X) is connected to the thermal fuse (TP), and to the second terminal (A2) of the contactor coil (ST), through the second normally closed contacts (Y2) of the thermal fuse (TP), while the first a signaling device (S1) is connected between the output terminal (Y2) of the thermal fuse (TP) and the thermostat output (T), and a second signaling device (S2) is connected between the output terminal and the input terminal of the heating element (R), characterized by that the AC line terminal (X2) is connected to the seventh input terminal (7) of the first contactor (ST1) and, to the first coil terminal (A1) of the second contactor (ST2), via the eighth output terminal (8) of the first contactor (ST1), the AC neutral terminal (X3) is connected to the second coil terminal (A2) of the second contactor (ST2), the DC positive line terminal (X4) is connected to the first input terminal (1) of the first contactor (ST1) and the first input terminal (1) the second contactor (ST2) and the second positive terminal (X7) via the sixth output terminal (6) of the second contactor (ST2), and the first DC negative terminal (X5) is connected to the second DC negative terminal (X6).